本申請要求2014年7月21日提交的臨時專利申請序列號62/027,080(其公開內(nèi)容據(jù)此以引用方式全文并入本文)和2014年7月21日提交的臨時專利申請序列號62/027,083的權(quán)益(其公開內(nèi)容據(jù)此以引用方式全文并入本文)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及了熱電模塊操作。

背景技術(shù)：

現(xiàn)今，許多制冷系統(tǒng)是基于蒸氣壓縮的，并且利用恒溫調(diào)節(jié)工作周期控制。然而，典型基于蒸氣壓縮的制冷系統(tǒng)的動態(tài)性并不足以滿足穩(wěn)態(tài)需求和瞬態(tài)需求兩者，諸如在下拉或恢復期間。因此，基于蒸氣壓縮的制冷系統(tǒng)的過量冷卻能力往往遠遠超過在穩(wěn)態(tài)操作期間需要的除熱需求。雖然由過量冷卻能力提供的額外容量允許改進下拉性能，但是在啟動期間普遍存在的較大電流浪涌需要更高容量，并且因此需要更多昂貴部件處理負載。此外，由工作周期控制引發(fā)的大電流浪涌和負載會對部件造成過度磨損，由此有可能會造成過早故障。另外，就它們控制、熱動力學限制和產(chǎn)品性能需求的固有本質(zhì)來說，基于蒸氣壓縮的制冷系統(tǒng)的效率低于最佳。

基于蒸氣壓縮的制冷系統(tǒng)的次佳效率的缺點與精確控制冷卻腔室內(nèi)的溫度有關(guān)。通常，當冷卻腔室內(nèi)的溫度超過某值時，那么將基于蒸氣壓縮的制冷系統(tǒng)激活，并且使其繼續(xù)運行直到冷卻腔室中的溫度低于某值。一旦冷卻腔室達低于某值的溫度，那么將基于蒸氣壓縮的制冷系統(tǒng)切斷。不過，除了如以上指出的過度磨損之外，在致力于最小化能耗并允許在變化環(huán)境條件下操作的情況下，此類型的控制方案通常將會具有相對大的控制區(qū)帶和相對大的內(nèi)部溫度分層。這種方案是最常利用的，因為在蒸氣壓縮循環(huán)中實現(xiàn)節(jié)流或容量變化既困難又昂貴，并且因容積效率下降而提供有限功效。

因此，需要用于精確控制冷卻腔室內(nèi)的溫度的系統(tǒng)和方法，其中用于從冷卻腔室中除熱的部件的效率被最大化。另外，需要減輕用于從冷卻腔室中除熱的部件的排熱限制的系統(tǒng)和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

公開用于操作熱電模塊以提高效率的系統(tǒng)和方法。在一些實施方案中，一種操作熱電模塊的方法包括：基于一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，確定將最大化所述熱電模塊的性能系數(shù)的第一功率量；以及將所述第一功率量提供至所述熱電模塊。所述方法還包括了以下操作：確定所述一個或多個系統(tǒng)參數(shù)中的至少一者已經(jīng)變化；基于所述一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，確定將最大化所述熱電模塊的所述性能系數(shù)的第二功率量；以及將所述第二功率量提供至所述熱電模塊。在一些實施方案中，調(diào)整基于所述一個或多個系統(tǒng)參數(shù)來提供的所述功率量使所述熱電模塊的效率提高。

在一些實施方案中，將所述第一功率量提供至所述熱電模塊包括將第一電流量提供至所述熱電模塊，并且將所述第二功率量提供至所述熱電模塊包括將第二電流量提供至所述熱電模塊。在一些實施方案中，將所述第一功率量提供至所述熱電模塊包括將第一電壓量提供至所述熱電模塊，并且將所述第二功率量提供至所述熱電模塊包括將第二電壓量提供至所述熱電模塊。

在一些實施方案中，所述熱電模塊可操作以降低冷卻腔室溫度，并且所述第一功率量和/或所述第二功率量基于所述冷卻腔室的所述溫度、所述熱電模塊的熱側(cè)的溫度、處于所述冷卻腔室外部的環(huán)境的溫度和/或所述熱電模塊的電學性質(zhì)(諸如品質(zhì)因數(shù))確定。

在一些實施方案中，確定所述第一功率量包括基于處于所述冷卻腔室外部的所述環(huán)境的所述溫度，確定將最大化所述熱電模塊的所述性能系數(shù)的所述第一功率量；確定所述一個或多個系統(tǒng)參數(shù)中的至少一者已經(jīng)變化包括確定處于所述冷卻腔室外部的所述環(huán)境的所述溫度已經(jīng)變化；并且確定所述第二功率量包括基于處于所述冷卻腔室外部的所述環(huán)境的所述溫度，確定將最大化所述熱電模塊的所述性能系數(shù)的所述第二功率量。

在一些實施方案中，確定所述第一功率量包括使用查找表，基于所述一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，確定將最大化所述熱電模塊的所述性能系數(shù)的所述第一功率量；并且確定所述第二功率量包括使用所述查找表，基于所述一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，確定將最大化所述熱電模塊的所述性能系數(shù)的所述第二功率量。

在一些實施方案中，將所述第一功率量提供至所述熱電模塊還包括了將所述第一功率量提供至多于一個熱電模塊子集中的一個子集，并且將所述第二功率量提供至所述熱電模塊還包括了將所述第二功率量提供至所述多于一個熱電模塊子集中的所述一個子集。

在一些實施方案中，所述方法還包括了：確定所述熱電模塊的熱側(cè)的溫度高于第一閾值；以及基于所述一個或多個系統(tǒng)參數(shù)將小于將最大化所述熱電模塊的所述性能系數(shù)的功率量的功率量提供至所述熱電模塊。

在一些實施方案中，所述方法還包括了：確定所述熱電模塊的所述熱側(cè)的所述溫度低于第二閾值；以及基于所述一個或多個系統(tǒng)參數(shù)將等于將最大化所述熱電模塊的所述性能系數(shù)的功率量的功率量提供至所述熱電模塊。

在一些實施方案中，一種熱電制冷系統(tǒng)包括冷卻腔室、換熱器和控制器。所述換熱器包括冷側(cè)散熱裝置、熱側(cè)散熱裝置和熱電模塊，所述熱電模塊設(shè)置在所述冷側(cè)散熱裝置與所述熱側(cè)散熱裝置之間。所述控制器被配置成：基于一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，確定將最大化所述熱電模塊的性能系數(shù)的第一功率量；以及將所述第一功率量提供至所述熱電模塊。所述控制器還配置成：確定所述一個或多個系統(tǒng)參數(shù)中的至少一者已經(jīng)變化；基于所述一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，確定將最大化所述熱電模塊的所述性能系數(shù)的第二功率量；以及將所述第二功率量提供至所述熱電模塊。

在一些實施方案中，一種用于操作熱電模塊的控制器被適配成：基于一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，確定將最大化所述熱電模塊的性能系數(shù)的第一功率量；將所述第一功率量提供至所述熱電模塊；確定所述一個或多個系統(tǒng)參數(shù)中的至少一者已經(jīng)變化；基于所述一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，確定將最大化所述熱電模塊的所述性能系數(shù)的第二功率量；以及將所述第二功率量提供至所述熱電模塊。在一些實施方案中，所述控制器被適配成執(zhí)行本文所公開的任何方法。

在一些實施方案中，一種計算機程序包括指令，所述指令當在至少一個處理器上執(zhí)行時，致使所述至少一個處理器實施本文所公開的任何方法。在一些實施方案中，一種載體包含計算機程序，其中所述載體是電子信號、光學信號、無線電信號或計算機可讀存儲介質(zhì)之一。

在一些實施方案中，一種用于操作熱電模塊的控制器包括功率確定模塊、功率提供模塊、系統(tǒng)參數(shù)確定模塊。所述功率確定模塊可操作以基于一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，確定將最大化所述熱電模塊的性能系數(shù)的第一功率量，并且基于所述一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，確定將最大化所述熱電模塊的所述性能系數(shù)的第二功率量。所述功率提供模塊可操作以將所述第一功率量提供至所述熱電模塊并且將所述第二功率量提供至所述熱電模塊。所述系統(tǒng)參數(shù)確定模塊可操作以確定所述一個或多個系統(tǒng)參數(shù)中的至少一者已經(jīng)變化。

在結(jié)合隨附附圖閱讀以下對優(yōu)選實施方案的詳細描述后，本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將了解到本公開的范圍并實現(xiàn)其另外方面。

附圖說明

并入本說明書并形成本說明書的一部分的隨附附圖示出本公開的若干方面，并且結(jié)合描述一起用于解釋本公開的原理。

圖1示出根據(jù)本公開的一些實施方案的具有冷卻腔室、換熱器和控制器的熱電制冷系統(tǒng)，所述換熱器包括設(shè)置在冷側(cè)散熱裝置與熱側(cè)散熱裝置之間的至少一個熱電模塊(TEM)，所述控制器控制TEM；

圖2示出根據(jù)本公開的一些實施方案的關(guān)于各種環(huán)境溫度下的TEM的性能系數(shù)與提供至TEM的功率量之間的關(guān)系；

圖3示出根據(jù)本公開的一些實施方案的操作TEM以提高TEM效率的方法；

圖4示出根據(jù)本公開的一些實施方案的用于當接通時或在下拉操作期間操作熱電制冷系統(tǒng)的方法；

圖5示出根據(jù)本公開的一些實施方案的用于在近穩(wěn)態(tài)操作的情況下操作熱電制冷系統(tǒng)的方法；

圖6示出根據(jù)本公開的一些實施方案的用于操作TEM以降低TEM的熱側(cè)的溫度的方法；

圖7示出根據(jù)本公開的一些實施方案的圖6的方法的一個可能實現(xiàn)方式；

圖8是根據(jù)本公開的一些實施方案的用于操作包括各模塊的TEM的控制器的一個圖示；以及

圖9是根據(jù)本公開的一些實施方案的用于操作包括各模塊的TEM的控制器的另一圖示。

具體實施方式

在下文闡明的實施方案展示必要信息以使本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員能夠?qū)嵺`實施方案，并示出了實踐各實施方案的最佳模式。在根據(jù)隨附附圖閱讀以下描述后，本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將會理解本公開的概念，并且將認識到這些概念在本文中未具體指出的應用。應當理解，這些概念以及應用落在本公開以及隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。

將會理解，雖然在本文中，可使用術(shù)語“第一”、“第二”等等來描述各種元件，但是這些元件不應受到這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅是用來區(qū)分各個元件。例如，在不背離本公開的范圍的情況下，可將第一元件稱為第二元件，并類似地，可將第二元件稱為第一元件。如本文所用的，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)聯(lián)列出項中的一個或多個的任何組合和所有組合。

在本文中，可使用相關(guān)術(shù)語(諸如“下方”或“上方”或是“上部”或“下部”或是“水平”或“豎直”)來描述如圖所示的各個元件、層或區(qū)域的關(guān)系。將會理解，這些術(shù)語以及上述那些術(shù)語旨在涵蓋設(shè)備除了附圖中描繪的取向外的不同取向。

如本文所用的術(shù)語僅是出于描述特定實施方案目的，而不旨在作為本公開的限制。如本文所用的，單數(shù)形式“一個”、“一種”和“所述”旨在也包括了復數(shù)形式，除非上下文清楚地另外指出。還將理解，術(shù)語“包括”和/或“包含”當在本文中使用時，指明存在陳述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但不排除一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或它們分組的存在或添加。

除非另外定義，否則如本文所用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學術(shù)語)全都具有與本公開所屬的領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所公知的相同的含義。還將理解，如本文所用的術(shù)語應解釋為具有與它們在本說明書和相關(guān)領(lǐng)域的上下文中的含義一致的含義，并且將不解釋為理想化或過正式的意思，除非本文明確這樣定義。

圖1示出根據(jù)本公開的一些實施方案的具有冷卻腔室12、換熱器14和控制器16的熱電制冷系統(tǒng)10，所述換熱器14包括至少一個熱電模塊(TEM)22(在本文中無論單數(shù)或復數(shù)都稱為TEM 22)，所述TEM22設(shè)置在冷側(cè)散熱裝置20與熱側(cè)散熱裝置18之間，所述控制器控制TEM 22。當TEM 22用于提供冷卻時，它有時可能被稱為熱電冷卻器(TEC)22。

TEM 22優(yōu)選地是薄膜裝置。當TEM 22中的一個或多個被控制器16激活時，激活的TEM22操作以加熱熱側(cè)散熱裝置18和冷卻冷側(cè)散熱裝置20，由此促成熱量傳遞，以便從冷卻腔室12中除熱。更具體地，根據(jù)本公開的一些實施方案，當TEM 22中的一個或多個被激活時，熱側(cè)散熱裝置18被加熱，由此形成蒸發(fā)器，并且冷側(cè)散熱裝置20被冷卻，由此形成冷凝器。

作為冷凝器，冷側(cè)散熱裝置20促成經(jīng)由與冷側(cè)散熱裝置20耦接的接受環(huán)路24從冷卻腔室12中除熱。接受環(huán)路24熱耦合到熱電制冷系統(tǒng)10的內(nèi)壁26。內(nèi)壁26限定冷卻腔室12。在一個實施方案中，接受環(huán)路24整合到內(nèi)壁26中，或直接整合到內(nèi)壁26的表面上。接受環(huán)路24由允許冷卻介質(zhì)(例如，兩相冷卻劑)流過或通過接受環(huán)路24的任何類型管件形成。由于接受環(huán)路24與內(nèi)壁26的熱耦合，在冷卻介質(zhì)流過接受環(huán)路24時，冷卻介質(zhì)從冷卻腔室12中除熱。接受環(huán)路24可由例如銅管、塑料管、不銹鋼管、鋁管等形成。

作為蒸發(fā)器，熱側(cè)散熱裝置18促成經(jīng)由耦接到熱側(cè)散熱裝置18的排放環(huán)路28將熱量排放到冷卻腔室12外部的環(huán)境。排放環(huán)路28熱耦合到熱電制冷系統(tǒng)10的外壁30或者說是外層。

用于將熱量從冷卻腔室12中移除的熱和機械過程不進一步論述。另外，應當注意，圖1所示熱電制冷系統(tǒng)10僅是TEM 22的使用和控制的特定實施方案。本文所述所有實施方案應理解為都適用于熱電制冷系統(tǒng)10以及TEM 22的任何其他使用。

繼續(xù)圖1所示示例實施方案，控制器16操作以控制TEM 22，以便維持冷卻腔室12內(nèi)的期望設(shè)定點溫度。一般來說，控制器16操作以選擇性地激活/或停用TEM 22、選擇性地控制提供至TEM 22的功率量和/或選擇性地控制TEM 22的工作周期以維持期望設(shè)定點溫度。另外，在優(yōu)選實施方案中，控制器16被啟用以單獨地或獨立地控制TEM 22中的一個或多個子集，并且在一些實施方案中，控制TEM 22中的兩個或多個子集，其中每個子集包括一個或多個不同TEM 22。因此，舉例來說，如果存在四個TEM 22，那么控制器16可被啟用以單獨地控制第一個別TEM 22、第二個別TEM 22和一組兩個TEM 22。通過這種方法，按照需求，控制器16可獨立地以最大化的效率來例如選擇性地激活一個、兩個、三個或四個TEM 22。

應當注意，熱電制冷系統(tǒng)10僅是示例實現(xiàn)方式，并且本文所公開的系統(tǒng)和方法也可適用于其他系統(tǒng)。另外，雖然在本文中具體參考的是控制器16，但應理解，歸屬于控制器16的功能中的任何功能可由任何其他控制器或機構(gòu)實現(xiàn)。

在此之前，簡潔論述冷卻容量對提供至TEM 22的功率量和效率對提供至TEM 22的功率量是有益的。就此而言，圖2是示出TEC的冷卻容量(Q)和冷卻效率對TEC的輸入電流的圖。冷卻效率更確切地由性能系數(shù)(COP)表示。圖2示出根據(jù)本公開的一些實施方案的關(guān)于各種環(huán)境溫度下的TEM 22的性能系數(shù)(COP)與提供至TEM 22的功率量之間的關(guān)系。提供至TEM 22的功率量可表達為提供至TEM 22的電流量和/或提供至TEM 22的電壓量。隨著提供至TEM 22的功率量增大，TEM 22的冷卻容量也增大。處于或接近TEM 22的最大功率量的功率量被標記為Q_最大。因此，當TEM 22在Q_最大下操作時，TEM 22正移除最大可能熱量。圖2示出TEM 22隨提供至TEM 22的功率量變化的COP。對于冷卻應用，TEM 22的COP是所移除的熱量與輸入至TEM 22以移除熱量的工作量的比率。TEM 22的COP被最大化時的熱量或者說是容量(Q)被標記為Q_COP最大。因此，當提供至TEM 22的功率量是處于或接近TEM 22的COP被最大化的點時，TEM 22的效率或者說是COP被最大化。

TEM 22的COP曲線的形狀是取決于變量，諸如操作環(huán)境溫度(也稱為處于冷卻腔室12外部的環(huán)境的溫度或其中TEM 22正在操作的環(huán)境的溫度)、將排放的熱量的量、TEM 22的冷側(cè)的溫度(有時也稱為當TEM 22可操作以冷卻冷卻腔室12時冷卻腔室12的溫度)、TEM 22的熱側(cè)的溫度、TEM 22的電學性質(zhì)(諸如品質(zhì)因數(shù))和提供至TEM 22的功率量。當這些系統(tǒng)參數(shù)之一變化時，TEM 22的COP曲線也會變化，并且因此基于系統(tǒng)參數(shù)中的一個或多個將最大化TEM 22的COP的功率量也會變化。圖2示出此情況的一個實例。兩條COP曲線針對處于等于18攝氏度(℃)和25℃的環(huán)境溫度的TEM 22示出。為了簡潔，僅環(huán)境溫度變化，而其他系統(tǒng)參數(shù)固定。在這個實例中，當環(huán)境溫度從18℃變化為25℃時，TEM 22的總COP減小。值得注意，最大化TEM 22的COP的功率量也增大。示出的趨勢線給出對環(huán)境溫度與最大化TEM 22的COP的功率量之間的關(guān)系的線性近似。此趨勢線僅是一個實例，并且也可使用對關(guān)系建?；虿逯?或外插)的其他手段。

由于最大化TEM 22的COP的精確功率量基于許多可變因素，因此確定集中于最大化TEM 22的COP的功率量的可接受功率量范圍。這個范圍稱為區(qū)帶，并且該區(qū)帶內(nèi)的任何功率量一般都被視為最大化TEM 22的COP的功率量。在一些實施方案中，區(qū)帶是最大化TEM22的COP的功率量±10％，但是這是特定于實現(xiàn)方式的，并且可取決于確定最大化TEM 22的COP的功率量和/或COP曲線的形狀的精確度。

由于操作TEM 22的最有效的方式是提供最大化TEM 22的COP的功率量，因此控制器16或控制TEM 22的一些其他手段應當尋求基于一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，確定最大化TEM 22的COP的功率量。由此，圖3示出根據(jù)本公開的一些實施方案的操作TEM 22以提高TEM 22效率的方法。控制器16基于一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，確定將最大化TEM 22的COP的第一功率量(步驟100)。如上所述，這種確定可以基于許多不同參數(shù)。在一些實施方案中，這種確定僅是基于一個參數(shù)，諸如環(huán)境溫度，假定其他參數(shù)將為恒定或可忽略。在一些實施方案中，功率量可通過查詢查找表來確定。接著，控制器16將第一功率量提供至TEM 22(步驟102)。以此方式，TEM 22就系統(tǒng)參數(shù)的當前值以最有效的方式操作。

接著，控制器16確定系統(tǒng)參數(shù)中的至少一者是否已經(jīng)變化(步驟104)。在一些實施方案中，可以隨后周期性地執(zhí)行檢查，而其他實施方案中，對變化的確定可以是幾乎立即進行的。另外，如果控制器16正在使用部分系統(tǒng)參數(shù)確定功率量，那么控制器16將不需要確定任何未使用的系統(tǒng)參數(shù)何時已經(jīng)變化。響應于確定系統(tǒng)參數(shù)中的至少一者已經(jīng)變化，控制器16基于一個或多個系統(tǒng)參數(shù)，確定將最大化TEM 22的COP的第二功率量(步驟106)。接著，控制器16將第二功率量提供至TEM 22(步驟108)。以此方式，控制器16可更新提供至TEM 22的功率量以提高TEM 22的操作的效率。在一些實施方案中，過程可任選地返回步驟104，并且如果系統(tǒng)參數(shù)中的一個或多個已經(jīng)變化，那么控制器16再次確定將最大化TEM 22的COP的功率量。

注意，在一些實施方案中，在未明確確定系統(tǒng)參數(shù)中的一個或多個已經(jīng)變化的情況下，可以周期性地或以其他方式計算更新的功率量。另外，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)變化，第二功率量可與第一功率量相同或是幾乎相同。

圖3示出操作TEM 22以提高TEM 22效率的方法，而圖4和圖5示出用于操作如上文關(guān)于圖1所示實例所述可包括一個或多個TEM 22的熱電制冷系統(tǒng)10的方法。具體來說，圖4示出根據(jù)本公開的一些實施方案的用于當接通時或在下拉操作期間操作熱電制冷系統(tǒng)10的方法。

如本文所用的，下拉操作是指冷卻腔室12中的溫度高于可接受值并且控制器16操作以將溫度降低至可接受的范圍的情況。冷卻腔室12的期望溫度稱為設(shè)定點溫度。穩(wěn)態(tài)操作是指冷卻腔室12的溫度在包括設(shè)定點溫度的范圍內(nèi)的狀況。這個范圍提供某形式的滯后以避免操作狀態(tài)之間快速振蕩。在一些實施方案中，設(shè)定點溫度可為4℃，并且穩(wěn)態(tài)范圍可為從3℃至5℃。如果期望更精確地維持設(shè)定點溫度，那么穩(wěn)態(tài)范圍可以更小。如果期望減小操作狀態(tài)之間的振蕩的速率，那么穩(wěn)態(tài)范圍可以更小。

根據(jù)一些實施方案，圖4以熱電制冷系統(tǒng)10的接通或重置開始(步驟200)。熱電制冷系統(tǒng)10在下拉操作期間以此接通或重置狀態(tài)開始，因為溫度可能高于穩(wěn)態(tài)范圍，并且因為其被關(guān)斷。控制器16可能從熱電制冷系統(tǒng)10的前面上的用戶界面或從裝置圖形用戶接口(GUI)讀出設(shè)定點寄存器以確定設(shè)定點溫度(步驟202)。接著，控制器16測量至少一個TEM 22的溫度控制和ΔT(步驟204)。TEM 22的ΔT是指TEM 22的熱側(cè)的溫度與TEM 22的冷側(cè)的溫度之間的差值?？刂破?6還測量環(huán)境溫度(步驟206)?？刂破?6還可確定任何其他必要系統(tǒng)參數(shù)，這取決于實現(xiàn)方式。

隨后，控制器16根據(jù)一些實施方案執(zhí)行幾次安全檢查。控制器16檢查環(huán)境溫度是否大于或等于4℃(步驟208)。如果環(huán)境溫度小于4℃，那么過程返回到步驟204以再次測量各種系統(tǒng)參數(shù)。如果環(huán)境溫度為至少4℃，那么控制器16接著確定換熱器的溫度是否大于或等于最大限值(步驟210)。

在一些實施方案中，此溫度與TEM 22的熱側(cè)的溫度相同。另外，在一些實施方案中，替代具有單個最大值，而是測試溫度是否高于第一閾值，并且接著，當TEM 22的熱側(cè)冷卻時，測試溫度是否低于第二閾值。以此方式，滯后可任選地內(nèi)置到過熱條件中。

在一些實施方案中，第一閾值指出TEM 22的熱側(cè)是飽和的，并且無法接受任何額外熱量。另外，第一閾值還會指出TEM 22可能由于在高于第一閾值的溫度下操作而損壞。此類高溫可能在大量熱量從冷卻腔室12中移除時或在TEM 22不怎么有效地操作的情況下出現(xiàn)。熱量在TEM 22的熱側(cè)上的積聚還可在換熱器的排放側(cè)不足以將熱量以快于熱量生成的速率移除時出現(xiàn)。這種情況可在TEM 22的熱側(cè)被動冷卻時出現(xiàn)。

當檢測到過熱條件時，控制器16設(shè)定警報(步驟212)。這個警報可以采用許多形式，這取決于實施方案。在一些情況下，警報僅是內(nèi)部狀態(tài)；而其他情況下，信息可呈現(xiàn)在顯示器上，或者可以其他方式來向用戶通知警報。接著，控制器16確定是否啟用至TEM 22的輸出(步驟214)。如果輸出并未啟用，那么控制器16無法以任何方式來降低TEM 22的熱側(cè)的溫度，因為TEM 22的操作并未添加熱量。在這種情況下，過程返回到步驟204以再次測量各種系統(tǒng)參數(shù)。在其他實施方案中，控制器16可具有用于降低TEM 22的熱側(cè)的溫度的另外選項，諸如通過使用有源裝置，諸如風扇。

如果輸出啟用，那么控制器16確定提供至TEM 22的功率量是否是最小功率電平(步驟216)。如果它并非是最小功率電平，那么控制器16通過減少輸出來減小提供至TEM 22的功率量(步驟218)。如果當前提供的功率量是最小功率電平，那么控制器16關(guān)斷輸出并且發(fā)起重置(步驟220)。無論哪種情況，過程都會返回到步驟204以再次測量各種系統(tǒng)參數(shù)。

如果TEM 22的熱側(cè)并未過熱，那么控制器16解除可能設(shè)定的任何警報(步驟222)。例如，如果警報由于現(xiàn)在已解決的過熱情況已先前被設(shè)定，那么警報現(xiàn)將解除?？刂破?6現(xiàn)在確定冷卻腔室12的溫度是否大于穩(wěn)態(tài)上限(步驟224)。如果溫度高于穩(wěn)態(tài)上限，那么熱電制冷系統(tǒng)10被認為是處于下拉操作模式。

如果冷卻腔室12的溫度被確定為大于或等于控制上限(步驟226)，那么控制器16將會將輸出設(shè)定至100％，從而將處于或接近TEM 22的最大功率量的功率量提供至TEM 22(步驟228)。以此方式，根據(jù)一些實施方案，熱電制冷系統(tǒng)10可以最快速率下拉冷卻腔室12的溫度。如果冷卻腔室12的溫度被確定為低于控制上限，那么控制器16將會將輸出設(shè)定至比例模式(步驟230)。在比例模式中，冷卻腔室12的溫度可以更緩慢、更有效的方式降低。無論哪種情況，過程都會返回到步驟204以再次測量各種系統(tǒng)參數(shù)。

如果控制器16確定冷卻腔室12的溫度小于穩(wěn)態(tài)上限，那么控制器16確定輸出是否啟用(步驟232)。如果輸出并未啟用，那么過程返回到步驟204以再次測量各種系統(tǒng)參數(shù)。如果輸出啟用，那么熱電制冷系統(tǒng)10被認為是在穩(wěn)態(tài)模式下操作，并且過程在圖5上繼續(xù)，圖5示出根據(jù)本公開的一些實施方案的用于在近穩(wěn)態(tài)操作的情況下操作熱電制冷系統(tǒng)10的方法。

如圖5所示，控制器16測量至少一個TEM 22的溫度控制和ΔT(步驟300)?？刂破?6還確定任何其他必要系統(tǒng)參數(shù)，諸如環(huán)境溫度，這取決于實現(xiàn)方式。同樣，控制器16確定換熱器的溫度是否大于或等于最大限值(步驟302)。如果提供至TEM 22的功率量不是最小功率電平(步驟304)，那么控制器16通過減少輸出來減小提供至TEM 22的功率量(步驟306)。如果當前提供的功率量是最小功率電平，那么控制器16關(guān)斷輸出并且發(fā)起重置(步驟308)。無論哪種情況，過程都會返回到步驟300以再次測量各種系統(tǒng)參數(shù)。

如果TEM 22的熱側(cè)并未過熱，那么控制器16檢查冷卻腔室12的溫度是否大于設(shè)定點溫度(步驟310)。如果冷卻腔室12的溫度小于設(shè)定點溫度，那么控制器16現(xiàn)在確定冷卻腔室12的溫度是否小于或等于穩(wěn)態(tài)限值，輸出是否接通，并且ΔT是否在當前區(qū)帶中(步驟312)。如果所有這些成立，那么控制器16關(guān)斷TEM 22，并將輸出減至0.x伏特，將此值存儲在新穩(wěn)態(tài)輸出值中，并且將前值存儲在舊穩(wěn)態(tài)輸出值中(步驟314)。如果所有這些條件都不成立，那么過程返回到步驟304并嘗試減小提供至TEM 22的功率量。

如果冷卻腔室12的溫度大于設(shè)定點溫度，那么控制器16確定冷卻腔室12的溫度是否也大于或等于穩(wěn)態(tài)限值(步驟316)。如果腔室的溫度小于穩(wěn)態(tài)限值，那么控制器確定定時器整型值是否設(shè)定(步驟318)。如果它已設(shè)定，那么控制器16將輸出設(shè)定至舊的穩(wěn)態(tài)輸出(步驟320)。此后，或者如果它未設(shè)定，過程返回到步驟300以再次測量各種系統(tǒng)參數(shù)。

如果冷卻腔室12的溫度大于或等于穩(wěn)態(tài)限值，那么控制器16確定腔室的溫度是否大于或等于控制上限(步驟322)。如果腔室大于或等于控制上限，那么控制器16將會將輸出設(shè)定至100％，從而將處于或接近TEM 22的最大功率量的功率量提供至TEM 22(步驟324)。這指出了熱電制冷系統(tǒng)10被認為是處于下拉操作模式，并且過程返回至圖4的步驟204以再次測量各種系統(tǒng)參數(shù)。

如果腔室小于控制上限，那么控制器16將會確定冷卻腔室12的溫度是否大于或等于滯后值(步驟326)。如果腔室并不小于控制上限，那么控制器16將輸出增大至新穩(wěn)態(tài)輸出值(步驟328)，并且過程返回至步驟300以再次測量各種系統(tǒng)參數(shù)。根據(jù)一些實施方案，這個新穩(wěn)態(tài)輸出值可為基于一個或多個系統(tǒng)參數(shù)將最大化TEM 22的COP的功率量。如果冷卻腔室12的溫度大于或等于滯后值，那么這同樣指出了熱電制冷系統(tǒng)10被認為是處于下拉操作模式，并且過程返回至圖4的步驟204以再次測量各種系統(tǒng)參數(shù)。

如上所述，TEM 22或換熱器的過熱可致使對TEM 22的不期望的操作或?qū)EM 22造成危險。由此，圖4中的步驟210和圖5中的步驟302兩者檢查這種過熱條件。雖然圖4和圖5嘗試通過減小功率并關(guān)斷TEM 22來降低TEM 22的溫度，但是這在一些情況下可能是不期望或低效的。由此，圖6示出根據(jù)本公開的一些實施方案的用于操作TEM 22以降低TEM 22的熱側(cè)的溫度的方法。

首先，控制器16將第一功率量提供至TEM 22(步驟400)。接著，控制器16確定TEM 22的熱側(cè)的溫度是否高于第一閾值(步驟402)。如前所述，在一些實施方案中，第一閾值指出TEM 22的熱側(cè)是飽和的，并且無法接受任何額外熱量。另外，第一閾值還會指出TEM 22可能由于在高于第一閾值的溫度下操作而損壞。如果溫度并未高于第一閾值，那么控制器16繼續(xù)提供第一功率量或根據(jù)不包括過熱的任何其他控制方案來操作。如果TEM 22的熱側(cè)的溫度高于第一閾值，那么控制器16將第二功率量提供至TEM 22，第二功率量小于第一功率量(步驟404)。在一些實施方案中，此減小的功率允許TEM 22的熱側(cè)的溫度降低，而仍操作TEM22。

在一些實施方案中，控制器16隨后確定TEM 22的熱側(cè)的溫度是否低于第二閾值(步驟406)。這指出了TEM 22已充分地冷卻，并且不再是飽和的。在一些實施方案中，控制器16接著將第三功率量提供至TEM 22，第三功率量可以等于第一功率量，但不必須相等。圖6示出其中過程返回到步驟400并再次提供第一功率量的實施方案。通過增大提供至TEM 22的功率，就能傳遞額外熱量。

在一些實施方案中，提供至TEM 22的第一功率量是處于或接近TEM 22的最大功率量。這可能是在下拉操作模式下熱電制冷系統(tǒng)10嘗試盡可能快速地將熱量移除以便達到設(shè)定點溫度的情況。在一些實施方案中，提供至TEM 22的第一功率量是處于或接近TEM 22的COP被最大化的點。這可能是在穩(wěn)態(tài)操作模式下熱電制冷系統(tǒng)10嘗試最有效地將熱量移除的情況。

在一些實施方案中，提供至TEM 22的第二功率量是處于或接近TEM 22的COP被最大化的點。在一些實施方案中，提供至TEM 22的第二功率量至少是使冷卻腔室12的溫度不升高的功率量。如前所述，在一些實施方案中，這減輕了TEM 22的排熱限制，尤其在TEM 22的熱側(cè)被動冷卻時。

圖7示出根據(jù)本公開的一些實施方案的圖6的方法的一個可能實現(xiàn)方式。圖7包括三條線。最上條線繪出TEM 22的排放側(cè)(熱側(cè))的溫度。最下條線繪出TEM 22的冷側(cè)的溫度。中間條線繪出作為施加至TEM 22的電壓提供至TEM 22的功率。在曲線圖的開始處，TEM 22的熱側(cè)和冷側(cè)的溫度是類似的。這可指出熱電制冷系統(tǒng)10剛被接通，或者出于一些其他原因(諸如在足夠長的時間內(nèi)一直是打開的)處于下拉模式。

在開始時，控制器16將第一電壓提供至TEM 22。在這個實例中，TEM 22的熱側(cè)的溫度升高，而TEM 22的冷側(cè)的溫度降低。在這個實例中，TEM 22的熱側(cè)的溫度的第一閾值為50℃。當控制器16確定TEM 22的熱側(cè)的溫度已經(jīng)達到50℃時，控制器16減小功率并且將第二功率量提供至TEM 22，第二功率量小于第一功率量。由此，較少熱量被抽送到TEM 22的熱側(cè)，并且TEM 22開始冷卻。另外，TEM 22的冷側(cè)的溫度的降低變緩，或者可甚至略上升。此功率量被提供至TEM 22，直到控制器16已經(jīng)確定TEM 22的熱側(cè)已經(jīng)充分冷卻。

當控制器16確定TEM 22的熱側(cè)的溫度低于第二閾值時，控制器16再次將第一功率量提供至TEM 22。這又再次致使TEM 22的熱側(cè)變得過熱，但是TEM 22的冷側(cè)現(xiàn)在冷于它在TEM 22的熱側(cè)最后一次飽和時的情況?？刂破?6可繼續(xù)在這兩個功率量之間進行的操作，以提供對冷卻腔室12的溫度的快速下拉，同時減輕TEM 22的排熱限制。這可在TEM 22的熱側(cè)被動冷卻時是尤其有用的。雖然這個實例僅示出了兩個不同的功率量，但是所述方法不限于此。在一些實施方案中，較大功率量或較小功率量可處于或接近TEM 22的COP被最大化的點，并且此值每次可基于系統(tǒng)參數(shù)來重新計算。

換句話說，如果這是基于熱虹吸的系統(tǒng)，那么冷側(cè)溫度受牽制于隔絕腔室(例如，冷卻腔室12)。在熱側(cè)上的熱量耗散已經(jīng)飽和并且冷側(cè)溫度的進一步降低失速的點上，至TEM 22的功率折返到將減輕冷側(cè)溫度的任何升高但允許熱側(cè)溫度降低的電平。這利用了對冷側(cè)的隔絕以及其在熱側(cè)上的改進的熱穩(wěn)定。功率一直減小，直到熱側(cè)溫度已降低至可允許更多排熱的點。當達到此點時，TEM 22功率增大，并且熱側(cè)或熱量耗散再次會朝飽和增大。然而，在這段時間中，冷側(cè)溫度將會降低，因為熱側(cè)溫度在較低點處開始。功率和溫度的這種循環(huán)可重復多次以形成很輕微的抽送效應，從而增大在熱側(cè)周圍的自然對流，以允許更多總熱耗散并允許冷側(cè)降低至其設(shè)定點溫度。

圖8是根據(jù)本公開的一些實施方案的用于操作包括功率確定模塊32、功率提供模塊34和系統(tǒng)參數(shù)確定模塊36的TEM 22的控制器16的一個圖示。功率確定模塊32、功率提供模塊34和系統(tǒng)參數(shù)確定模塊36均以軟件實現(xiàn)，所述軟件當由控制器16的處理器執(zhí)行時，致使控制器16根據(jù)本文所述實施方案之一操作。

圖9是根據(jù)本公開的一些實施方案的用于操作包括功率提供模塊38和溫度確定模塊40的TEM 22的控制器16的另一圖示。功率提供模塊38和溫度確定模塊40均以軟件實現(xiàn)，所述軟件當由控制器16的處理器執(zhí)行時，致使控制器16根據(jù)本文所述實施方案之一操作。

本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將認識到本公開的優(yōu)選實施方案的改進和修改。所有這樣的改進和修改都被視為在本文所公開的概念以及隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。